Na letošnjem strokovnem sejmu Automatica bo Fraunhoferjev inštitut za proizvodno tehnologijo in avtomatizacijo IPA predstavil številne rešitve, ki – tudi zahvaljujoč umetni inteligenci (UI) – močno poenostavijo in pospešijo načrtovanje, programiranje in učenje robotov. Na voljo za ogled od 24. do 27. junija 2025 v dvorani A4 na stojnici 314.
Ne glede na to, ali v proizvodni dvorani, čistem prostoru ali laboratoriju: povsod se danes uporabljajo roboti in druge avtomatizacijske komponente, ki predvsem podpirajo pri ponavljajočih se, fizično napornih ali nevarnih nalogah. Vendar pa pogosto mine še veliko časa, preden so nameščeni, programirani in nastavljeni. Velik cilj je zato "Avtomatizacija avtomatizacije". To pomeni, da se nastavljanje in zagon z ustreznimi orodji odvijata veliko bolj avtomatizirano kot doslej, kar prihrani čas in stroške.
Fraunhofer IPA bo od 24. do 27. junija 2025 na sejmu Automatica v Münchnu predstavil vrsto rešitev, ki z uporabo tehnologij umetne inteligence močno poenostavljajo in pospešujejo načrtovanje, programiranje in učenje robotov, saj (delno) avtomatizirajo te procese.
Programska ogrodja za vse stroje in naprave
Znanstveniki pod vodstvom Davida Breuniga iz raziskovalne skupine IT-arhitekture za proizvodnjo pri Fraunhofer IPA so razvili programski okvir, s katerim lahko podjetja avtomatizirajo svojo celotno proizvodnjo. Programabilne logične krmilnike (SPS), ki doslej urejajo delovanje strojev in naprav ter so v velikih količinah vgrajeni v tovarnah, bi lahko tako postali odveč.
»Kdor danes kupi SPS uveljavljenega proizvajalca, postane odvisen od njegove strojne opreme, razvojnega okolja in programskega jezika,« pravi Breunig, »in prav to želimo spremeniti s našim programski okvirjem.«
Da bi pokazali, kako deluje ta programsko definirana avtomatizacija, so Breunig in njegova ekipa postavili demonstrator, ki prikazuje delovanje in uporabo okvira. Obiskovalci lahko na Automatica na zaslonu spoznajo posamezne module programsko-razvojnega okvira ter sami ustvarijo ali optimizirajo projekt avtomatizacije.
Skupaj s kolegico in dvema kolegoma načrtuje Breunig, da se s programsko platformo osamosvoji. Njihovo zagonsko podjetje, retavi GmbH, uradno začne z delovanjem ob koncu leta.
Fleksibilno uporabni inteligentni mobilni manipulatorji
Humanoidni roboti trenutno v medijih pritegnejo veliko pozornosti in bodo na avtomatiki prav tako igrali pomembno vlogo. Po študiji Fraunhofer IPA v okviru centra za napredek umetne inteligence "Učeči sistemi in kognitivna robotika" pa ima veliko podjetij le malo interesa, da bi roboti lahko hodili kot ljudje. Namesto tega anketirani strokovnjaki vidijo največji potencial v tem, da bi humanoidni objekti lahko prijemali podobno fleksibilno kot ljudje. In prav tu se navezuje naša aktualna razvojna usmeritev Fraunhofer IPA. Zaradi številnih prostorskih svoboščin robotske roke namreč ni učinkovito obsežno programirati robotov za te prijemne procese. Da bi to rešili, Fraunhofer IPA raziskuje pristope za hitro in intuitivno učenje kompleksnih prijemnih in manipulativnih gibov.
Postopek prijemanja lahko na primer poteka v simulaciji in z globokim ojačevalnim učenjem. V središču pozornosti ni le nadzor nad robotskimi rokami, temveč zlasti intuitivno usposabljanje in učenje novih aplikacij za popolnoma fleksibilne robotske sisteme – vključno z mobilnimi večnamenskimi platformami z več rokami in prijemali. Pri tem se uporabljajo sodobne metode, kot sta učenje po posnemanju in tako imenovani temeljni modeli. Uporabljajo se naravne jezikovne instrukcije, teleoperirane izvedbe ter človeško prikazani postopki za učinkovito posredovanje robotskih sposobnosti.
Demonstrator na razstavnem prostoru ponuja praktičen vpogled v izbrane vidike tehnologije in prikazuje, kako se osrednje ideje iz trenutnih raziskav lahko prenesejo v prakso. Poleg tega je priložnost, da izveste več o izzivih trenutnih metod učenja po posnemanju in temeljnimi modeli ter o tem, kako lahko hibridni pristop ciljno zapolni obstoječe vrzeli, tako da združi preverjene, parametrijske sposobnosti robotov z metodami, temelječimi na učenju.
Fleksibilna delovna robotika za ravnanje in odmerjanje tekočin
Prevladujoča pomanjkljivost strokovnjakov ne prizanaša niti laboratorijem niti medicinskim ustanovam. Obstoječe osebje pri tem preživi velik del svojega dnevnega delovnega časa z monotono rutinskimi nalogami, ki upočasnjujejo višje vrednostne, dodano vredne dejavnosti. Tako so avtomatizacijske rešitve v tem okolju zelo iskane. Sistem »iz škatle« pa je običajno neustrezen, saj so naloge in obvladovani objekti raznoliki.
Fraunhofer IPA zato razvija prilagodljiv programski paket za avtonomne laboratorijske robote, ki omogoča učinkovito avtomatizacijo takšnih rutinskih nalog. Na primer, roboti naj bi bili sposobni zbirati procesno pomembne potrošne materiale, samostojno odmerjati kemikalije ali vzorce, občutljive vzorce »just in time« pridobivati iz hladilnikov ali grelnih omar ter, v prihodnosti, popolnoma samostojno izvajati eksperimente. Za to mora robot obvladovati naloge, kot so iskanje in prijemanje različnih posod, natančno tehtanje različnih tekočin in trdnih snovi, odpiranje omar in vrat ter avtonomno navigacijo.
Na avtomatiki Fraunhofer IPA prikazuje trenutno stanje razvoja s pomočjo demonstratorja, ki lahko avtomatizirano odmerja tekočine različnih viskoznosti in jih razdeli v določene ciljne posode.
Zanesljivo izvajanje delno avtomatizirane sodelovanja med človekom in robotom
Moderne avtomatizacijske rešitve naj bodo zaradi majhnih serij čim bolj fleksibilne. To pa pomeni tudi, da je treba varnostne ukrepe nenehno prilagajati. Osnova za to sta ocena tveganja in CE-označevanje – dva procesa, ki sta trenutno še zelo dolgotrajna in zahtevata veliko strokovnega znanja. Fraunhofer IPA je zato razvila orodja tako za fazo načrtovanja kot tudi za fazo uporabe, ki poenostavljajo in pospešujejo varnostno zasnovo.
Razstava »CARA« je orodje za fazo načrtovanja, ki obsežno podpira pri oblikovanju varnosti. Pomaga strokovnjakom s 3D-simulacijo, da že pred začetkom obratovanja naprave v šestih korakih načrtujejo in izvajajo vse potrebne varnostne ukrepe. CARA pri tem upošteva parametre, kot so potencialne nevarnosti, varnostne razdalje in morebitna interakcija med človekom in strojem. Nevarnosti trčenja in stiskanja se samodejno identificirajo. Orodje nato predlaga ukrepe za zmanjšanje tveganja.
Prav tako v fazi načrtovanja pomagajo modeli trkov, ki jih določajo na avtomatiziranem preizkuševališču, ki ga je razvilo Fraunhofer IPA. Naslavljajo izziv, da lahko maksimalno dovoljene sile in pritiski pri morebitnih trkih omejijo hitrosti in cikle robota ter tako zmanjšajo zmogljivost sistema. Vendar pa je sile, ki se pojavijo med delovanjem, težko matematično izračunati. Ko so enkrat ustvarjeni, modeli trkov omogočajo natančno oceno zmogljivosti že v fazi načrtovanja. CARA lahko dostopa do teh modelov.
Intuitivno programiranje robotov s pomočjo novega uporabniškega vmesnika
Programiranje robotov je še vedno pogosto ozko grlo, ko gre za učinkovito nastavitev ali preureditev aplikacije. Kako zmanjšati potrebno strokovno znanje in kako lahko roboti tudi pri visoki raznolikosti učinkovito programirajo, prikazuje nova uporabniška površina na primeru simulirane demontažne aplikacije na razstavnem prostoru. Uporabniška površina omogoča sestavljanje posameznih veščin, torej robotovih sposobnosti, v popolno nalogo.
Za to se uporabljajo gradniki veščin iz programske opreme »pitasc« Fraunhofer IPA, ki jih je mogoče brez programerskega znanja specifično sestaviti in kombinirati.
Avtomatizacija v zelo čistih okoljih: 2ndSCIN in Tested Device
2ndSCIN je patentirana zaščitna obloga, ki robote in druge premične avtomatizacijske komponente pripravi za uporabo v ultračisti proizvodnji. Oblačilo je sestavljeno iz prepustnega, premičnega in večplastnega tekstila, ki deluje podobno kot človeška koža. Tekstilna plast je opremljena s senzorji, ki nenehno merijo parametre, kot so koncentracija delcev, kemična kontaminacija, tlak ali vlažnost.
Algoritmi, ki temeljijo na umetni inteligenci, analizirajo te podatke senzorjev in omogočajo na primer napovedno vzdrževanje. Glede na aplikacijo lahko ležita dva ali več plasti tekstila ena nad drugo, ločeni z distančniki.
V prazninah je mogoče na primer sesati ali odvajati zrak. Tako je mogoče odstraniti delce, ki izhajajo iz okolice ali iz avtomatizacijske komponente. Vnos specialnih plinov v praznine sistema omogoča na primer njegovo sterilizacijo. Oblačilo je mogoče zamenjati v približno eni uri in ga je mogoče ponovno uporabiti po dekontaminaciji. »2ndSCIN je izjemno prilagodljiv v strukturi, tako da lahko uresničimo individualne potrebe. Tako naslavljamo številne zahteve po zaščitnih oblogah, primernih za čiste prostore, ki jih prejšnji izdelki ne izpolnjujejo,« pojasnjuje Udo Gommel, vodja poslovne enote za kontaminacijsko kritično proizvodnjo pri Fraunhofer IPA. On in njegova ekipa predstavljata 2ndSCIN na avtomatiki.
Fraunhofer IPA že vrsto let ponuja tudi postopke za emisije delcev, izhlapevanje, ESD in druge zahteve. Za preučevane izdelke se podeli oznaka za testiranje Tested Device, o kateri se lahko obiskovalci sejma prav tako obvestijo na stojnici. Podjetja prejmejo s poročilom o testiranju, specifičnim za izdelek in stranko, potrditev čistoče in primernosti svojih sistemov, naprav ali potrošnega materiala. Preiskave vključujejo proizvodna okolja, atmosferske čiste prostore, suhe čiste prostore in vakuumske pogoje.
Kontakt:
